[发明专利]铁碳纳米复合物及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种铁碳纳米复合物及其制备方法与应用。该制备方法包括将摩尔比为1‑5:1‑10的亚铁盐与醛糖溶解在乙醇水溶液中形成反应物溶液，水热反应或微波加热反应、碳化，得到所述铁碳纳米复合物。本发明还提供了一种铁碳纳米复合物，其是由上述制备方法得到的。本发明还提供了上述铁碳纳米复合物在处理卤代烃污染中的应用。本发明提供的铁碳纳米复合物制备工艺简便，所用原材料廉价易得，可以有效地去除地下水中的四氯化碳、三氯乙烯等卤代烃有机污染物。

技术领域

本发明涉及材料合成技术领域，涉及一种铁碳纳米复合物及其制备方法与应用。

背景技术

石化废水中污染物成分较为复杂，废水中除含有油、硫、酚、氰化物、COD外，还包括很多难降解有机污染物，如卤代烃(脂肪烃/芳烃)。大部分卤代烃密度大于水，表面张力、黏度系数比水小，当地下水被严重污染时，它们会富集在含水层底部，因此卤代烃也归为非水相重液类。地下水中的卤代烃的处理已引起普遍关注和重视。

目前在碳素界也在传统的碳材料的基础上开辟出了基于纳米材料的新领域，如碳纳米管、活性炭、石墨包覆纳米金属离子等。但是，活性炭等碳材料在污染物处理过程中只是起到浓缩富集的作用，并不能达到有效地去除或者降解污染物的目的。

纳米零价铁(nZVI)由于具有高的反应活性，成为目前材料合成、环境修复、医学等领域一个非常活跃的热门技术。但是未经修饰的零价铁颗粒，因其具有团聚性，限制了其在科学界各领域中的广泛应用。

为了提高纳米铁颗粒的分散性和稳定性，有效地去除污染物，目前研究采用添加分散剂法、制备包覆型纳米铁颗粒等方法提高纳米铁颗粒的分散性和稳定性，达到有效地去除污染物，但这两种方法较为复杂，不易实施。所以亟待一种更为绿色便捷的铁碳复合材料生产方法，以满足地下水卤代烃修复方面的需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种铁碳纳米复合物及其制备方法与应用。该铁碳纳米复合物应用于卤代烃有机污染物的降解处理时具有较好的处理效果。

为了达到上述目的，本发明提供了一种铁碳纳米复合物的制备方法，该制备方法包括将摩尔比为1-5:1-10的亚铁盐与醛糖溶解在乙醇水溶液中形成反应物溶液，水热反应或微波加热反应、碳化，得到所述铁碳纳米复合物。

在上述制备方法中，利用碳负载材料(醛糖)对亚铁离子的吸附作用，使得碳负载材料成为矿化物(铁纳米颗粒)的成核中心，继而结晶、生长，得到碳负载材料/ 含铁矿物的复合物的前驱体，高温碳化后即可得到羧基活性炭/含铁纳米材料。上述羧基活性炭可以由碳负载材料转化得到，所述羧基活性炭不仅对卤代烃污染物具有吸附效用，同时能够增强纳米颗粒的分散性和稳定性。相比于物理化学方法对纳米铁颗粒进行改性，本发明提供的铁碳纳米复合物的制备方法更加便捷环保。

在上述制备方法中，优选地，所述亚铁盐与醛糖的摩尔比为1-5:3-8。

在上述制备方法中，优选地，所述亚铁盐包括硫酸亚铁(FeSO₄)和/或氯化亚铁(FeCl₂)。在具体实施方案中，还可以采用亚铁盐的水合物，例如FeSO₄·7H₂O等。

在上述制备方法中，选择醛糖作为碳负载材料，可以经过水热反应、碳化生成羧基活性炭。优选地，所述醛糖包括葡萄糖。

在上述制备方法中，优选地，在所述反应物溶液中，所述亚铁盐的摩尔浓度为0.1mol/L-1mol/L，所述醛糖的摩尔浓度为0.25mol/L-1mol/L。

在上述制备方法中，优选地，在乙醇水溶液中，乙醇与水的体积比为1:0.1-1:50，例如1:1。

在上述制备方法中，优选地，所述水热反应的温度为150℃-230℃(例如 180-200℃)，所述水热反应的时间为5h-24h(例如5h-20h、15h)。